高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 宇宙航行集体备课课件ppt

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1.了解人造地球卫星的最初构想,会推导第一宇宙速度。(物理观念)2.知道同步卫星和其他卫星的区别,会分析人造地球卫星的受力和运动情况并解决涉及人造地球卫星运动的较简单的问题。(科学思维)3.了解发射速度与环绕速度的区别和联系,理解天体运动中的能量观。(科学思维)4.了解宇宙航行的历程和进展,感受人类对客观世界不断探究的精神和情感。(科学态度与责任)
一、宇宙速度1.近地卫星的速度
二、人造地球卫星1.1957年10月4日,世界上第一颗人造地球卫星发射成功。2.1970年4月24日,我国第一颗人造地球卫星“东方红1号”发射成功。3.为我国航天事业作出特殊贡献的科学家钱学森被誉为“中国航天之父”。4.地球同步卫星:周期与地球自转周期相同、相对地面静止的卫星,也称静止卫星。
想一想能否发射一颗人造地球卫星,使其稳定的轨道平面与赤道平面平行?要点点拨 不能。如图甲所示,卫星与地球间的万有引力的一个分力F1提供向心力,另一个分力F2使卫星轨道向赤道靠近直到轨道平面过地心才稳定,所以卫星稳定轨道的平面必须过地心,如图乙所示。
三、载人航天与太空探索1.1961年4月12日,苏联航天员加加林首次乘坐东方一号载人飞船绕地球飞行一圈,历时108 min。2.1969年7月,阿波罗11号飞船登上月球。3.2003年10月15日,我国第一位航天员杨利伟被神舟五号宇宙飞船送入太空。
4.2013年6月,我国发射的神舟十号分别完成与天宫一号目标飞行器的手动和自动交会对接。5.2016年10月19日,神舟十一号完成与天宫二号空间实验室的自动交会对接。6.2017年4月20日,我国成功发射货运飞船天舟一号,入轨后与天宫二号空间实验室进行了3次交会对接及多项实验。
1.正误辨析,判断结果为错误的小题说明原因。(1)绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是10 km/s。(　　)答案 ×解析 卫星绕地球做圆周运动的最大速度等于第一宇宙速度7.9 km/s。(2)第一宇宙速度是发射卫星的最小速度。(　　)答案 √
(3)无论从哪个星球上发射卫星,发射速度都要大于7.9 km/s。(　　)答案 ×解析 不同星球的第一宇宙速度不同。(4)当发射速度v>7.9 km/s时,卫星将脱离地球的吸引,不再绕地球运动。(　　)答案 ×解析 使卫星脱离地球引力束缚的最小发射速度是11.2 km/s。
(5)人造卫星能够绕地球转动而不落回地面,是由于卫星不再受到地球引力的作用。(　　)答案 ×解析 卫星仍然受到地球引力的作用,但地球引力全部用来提供卫星做圆周运动的向心力。
2.关于地球同步卫星的说法正确的是(　　)A.所有地球同步卫星一定在赤道上空B.不同的地球同步卫星,离地高度不同C.不同的地球同步卫星的向心加速度大小不相等D.所有地球同步卫星受到的向心力大小一定相等
解析 地球同步卫星一定位于赤道上方,周期一定,离地面高度一定,向心加速度大小一定,选项A正确,B、C错误;由于F=G ,不同的卫星质量不一定相同,所以其向心力不一定相同,选项D错误。
牛顿曾提出过一个著名的理想实验:如图所示,从高山上水平抛出一个物体,当抛出的速度足够大时,物体将环绕地球运动,成为人造地球卫星。据此思考并讨论以下问题:
(1)当抛出速度较小时,物体做什么运动?当物体刚好不落回地面时,物体做什么运动?当抛出速度非常大时,物体还能落回地球吗?(2)若地球的质量为m地,物体到地心的距离为r,引力常量为G,试推导物体刚好不落回地面时的运行速度。若物体紧贴地面飞行,其速度大小为多少?(已知地球半径R=6 400 km,地球质量m地=5.98×1024 kg)
要点提示 (1)当抛出速度较小时,物体做平抛运动。当物体刚好不落回地面时,物体做匀速圆周运动。当抛出速度非常大时,物体不能落回地球。(2)物体不落回地面,应围绕地球做匀速圆周运动,向心力由万有引力提
对第一宇宙速度的理解和推导1.认识第一宇宙速度:第一宇宙速度是在地面发射卫星的最小速度,等于人造卫星近地环绕地球做匀速圆周运动的运行速度,即近地卫星的环绕速度。2.推导:对于近地人造卫星,轨道半径r近似等于地球半径R=6 400 km,卫星在轨道处所受的万有引力近似等于卫星在地面上所受的重力(g取9.8 m/s2),则
3.其他星球的第一宇宙速度
(2)第一宇宙速度之值由中心星球决定。
画龙点睛对发射速度和环绕速度的理解(1)“最小发射速度”:向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难,因为发射卫星要克服地球引力做功。近地轨道是人造卫星的最低运行轨道,而近地轨道的发射速度就是第一宇宙速度,所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度。(2)“最大环绕速度”:在所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星中,近地卫星的
A.0.4 km/sB.1.8 km/sC.11 km/sD.36 km/s
变式训练1某人在一星球上以速率v竖直上抛一物体,经时间t后,物体以速率v落回手中。已知该星球的半径为R,求该星球上的第一宇宙速度。
在地球的周围,有许多卫星在不同的轨道上绕地球转动。请思考:
(1)这些卫星运动的向心力都是由什么力提供的?这些卫星的轨道平面有什么特点?(2)这些卫星的线速度、角速度、周期跟什么因素有关?
1.轨道及特点(1)轨道:赤道轨道、极地轨道及其他轨道。如图所示。
(2)特点:所有的轨道圆心都在地心。
2.处理思路及规律卫星离地面高度越高,其线速度越小,角速度越小,周期越大,向心加速度越小。可以概括为“越远越慢、越远越小”。
例2a、b、c、d是在地球大气层外的圆形轨道上运行的四颗人造卫星。其中a、c的轨道相交于P,b、d在同一个圆轨道上,b、c轨道在同一平面上。某时刻四颗卫星的运行方向及位置如图所示,下列说法正确的是(　　)A.a、c的加速度大小相等,且大于b的加速度B.b、c的角速度大小相等,且小于a的角速度C.a、c的线速度大小相等,且小于d的线速度D.a、c有在P点相撞的危险
变式训练2(多选)人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,设地球半径为R,地面处的重力加速度为g,则人造地球卫星(　　)
地球上空分布着许多同步卫星,在地面上的人看来,它们始终静止不动。请思考:
(1)这些同步卫星是否真的静止不动呢?(2)这些同步卫星有什么共同的特点呢?
要点提示 (1)这些同步卫星都在绕地心做匀速圆周运动,地球与卫星的万有引力提供向心力。(2)卫星相对于地球静止,因此卫星绕地球运动的周期等于地球自转的周期。
1.概念相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星。
2.特点:同步卫星的六个“一定”
画龙点睛 (1)所有同步卫星的周期T、轨道半径r、环绕速度v、角速度ω及向心加速度a的大小均相同。(2)所有国家发射的同步卫星的轨道都与赤道为同心圆,它们都在同一轨道上运动且都相对静止。
例3(多选)已知地球质量为m地,半径为R,自转周期为T,地球同步卫星质量为m,引力常量为G。有关同步卫星,下列表述正确的是(　　)
规律方法 解决同步卫星问题的技巧(1)同步卫星与一般的卫星遵循同样的规律,所以解决一般卫星问题的思路、公式均可运用在同步卫星问题的解答中。(2)同步卫星同时又具备自身的特殊性,即有确定的周期、角速度、加速度、线速度、高度、轨道半径、轨道平面。
变式训练3地球同步卫星相对地面静止不动,犹如悬在高空中,下列说法正确的是(　　)A.同步卫星处于平衡状态B.同步卫星的速率是唯一的C.不同同步卫星的轨道半径都相同,且一定在赤道的正上方,它们以第一宇宙速度运行D.它们可在我国北京上空运行,用于我国的电视广播答案 B解析 根据同步卫星的特点知,选项B正确,选项C、D错误;同步卫星在万有引力作用下,绕地心做圆周运动,不是处于平衡状态,选项A错误。
1.(多选)下列关于三种宇宙速度的说法正确的是(　　)A.第一宇宙速度v1=7.9 km/s,第二宇宙速度v2=11.2 km/s,则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于等于v1,小于v2B.天问一号火星探测器的发射速度大于第三宇宙速度C.第二宇宙速度是在地面附近使物体可以挣脱地球引力束缚,绕太阳运行的最小发射速度D.第一宇宙速度7.9 km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度
解析 根据v= 可知,卫星的轨道半径r越大,即距离地面越远,卫星的环绕速度越小,v1=7.9 km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度,选项A错误,D正确;天问一号火星探测器仍在太阳系内,所以其发射速度小于第三宇宙速度,选项B错误;第二宇宙速度是使物体挣脱地球束缚而绕太阳运行的最小发射速度,选项C正确。
2.(多选)有两颗地球卫星甲和乙,其中甲为地球同步卫星,乙的运行高度低于甲的运行高度,两卫星轨道均可视为圆轨道。以下判断正确的是(　　)A.甲的周期大于乙的周期B.乙的速度大于第一宇宙速度C.甲的加速度小于乙的加速度D.甲在运行时能经过北极的正上方答案 AC解析 由于卫星运行高度越大,周期越大,速度越小,所以甲的周期大于乙的周期,乙的速度小于第一宇宙速度,选项A正确,B错误;卫星越高,加速度越小,甲的加速度小于乙的加速度,选项C正确;同步卫星只能运行在赤道上方特定轨道上,甲在运行时不能经过北极的正上方,选项D错误。